玄武岩是一種在世界範圍內發現的火山火成岩，歷史上一直用於建築鑄造應用，如瓷磚和平板，以及作為混凝土骨料。這種岩石堅固、耐磨且耐熱。它已在工業和軍事應用中以多種不同的方式進行研究和利用，其戰時適用性在二戰後時代得到了廣泛的研究。
第一個玄武岩纖維製造專利由法國人 Paul Dhé 於 1923 年頒發，此後一直應用於工業用途。這種堅固的材料可以轉化為細纖維，紡成紗線以增強強度並為將來的使用做好準備。
由玄武岩纖維紗編織而成的產品－例如 玄武岩袖子, 排氣膠帶, 玄武岩繩和 玄武岩窗槽墊片- 非常堅固、柔韌、耐熱且可回收，使其成為高溫應用的多功能組件，通常比玻璃纖維等類似材料更受青睞。常見的排氣隔熱用途包括熱包覆以減少客車和摩托車中的多餘熱量，以及隔熱以密封熱烤箱門。
玄武岩纖維的歷史
玄武岩纖維因其軍事和工業適用性而擁有豐富多彩的歷史，這在冷戰期間尤其重要，當時美國和蘇聯官員都開始研究玄武岩在軍事硬體中的不同用途。
大型玄武岩地層集中在美國西北部，華盛頓州立大學在那裡進行了研究，以便更好地了解玄武岩纖維的化學性質和提取過程以及如何擴大其適用性。康寧和歐文斯等美國玻璃公司也參與了圍繞玄武岩纖維的獨立研究和專利採購，直到 1970 世紀 2 年代，玄武岩纖維研究被放棄，轉而專注於 S-XNUMX 玻璃或 E-玻璃等其他玻璃產品。
在東歐，莫斯科、布拉格和其他蘇聯城市的團體在二戰後進行了自己的研究，這些研究被蘇聯國防部收歸國有，並集中在烏克蘭基輔，在那裡設計、測試和製造玄武岩研究和軍事產品。
1911 年蘇聯解體後，研究成果被解密並可供大眾使用。例如，玄武岩纖維研究對於擴展玄武岩帶技術至關重要。
玄武岩纖維是如何製成的？
玄武岩纖維與玻璃纖維類似，具有相似的生產工藝，但具有關鍵的差異，最終使玄武岩纖維的製造比玻璃更容易。
首先，玄武岩原料被破碎、清洗、分離，然後送入高溫煤氣爐的熔池。與玻璃纖維生產不同，玻璃纖維生產除了矽砂作為主要成分外還包括多種衍生物，玄武岩纖維是由單一玄武岩材料製成的。這簡化了將材料一次性輸送到熔爐的過程，與玻璃纖維生產不同，玻璃纖維生產需要在送入熔爐之前對每種包含的材料進行獨立計量。然而，玄武岩纖維生產的一個缺點是製造商對玄武岩原料的純度和一致性的直接控制較少，因此從優質採石場採購至關重要。
然後破碎的玄武岩進入熔爐並在 1500°C/2732°F 的溫度下液化。與透明的玻璃不同，不透明的玄武岩吸收而不是傳輸紅外線能量。因此，傳統玻璃熔爐中使用的頂置燃氣燃燒器很難均勻加熱整個玄武岩混合物。對於塔頂氣體，與玻璃相比，熔化的玄武岩必須在儲層中保存更長的時間，以確保均勻的溫度。
接下來，玄武岩細絲由鉑銠套管形成，就像玻璃一樣。當長絲冷卻時，會使用上漿劑，並將材料移至速度控制的纖維拉伸設備，然後移至捲繞設備，玄武岩纖維在此捲繞以供將來使用。
由於玄武岩絲比玻璃絲更具磨蝕性，因此需要更頻繁地更換套管並且價格昂貴。然而，用於玄武岩纖維生產的現代套管與玻璃生產中使用的套管具有相似的生命週期。
纖維生產出來後，會納入最終產品中，例如由玄武岩纖維製成的排氣套管。雖然這是這種加工材料最常見的應用，但另一個常見用途是在 家和壁爐 工業，哪裡 繩索 or 窗戶通道墊片 被利用。
雖然玄武岩纖維的生產在最後階段可能比玻璃生產更耗時且成本更高，但用於玄武岩排氣帶和套管的纖維在需要極端溫度保護的複合材料和應用中在耐用性、強度和壽命方面具有優越性。
玄武岩纖維有什麼好處？
玄武岩纖維有幾個核心優點，使得這種材料具有如此廣泛的工業應用性。
- 熱阻
- 耐腐蝕、耐火
- 吸水率低
- 防止導電
- 抗紫外線
- 抗電磁輻射
- 耐酸性
最近的一項研究將環氧玻璃纖維與相同製程製成的玄武岩纖維進行比較，發現玄武岩纖維還具有：
- 更高的拉伸模量
- 更高的拉伸強度
- 更高的層間剪切強度
- 比強度提高 40%
- 比剛度提高 20%
玄武岩纖維的抗衝擊性使其與玻璃和碳纖維有顯著差異。例如，據觀察，與類似結構的玻璃混合材料相比，玄武岩纖維紗線的比能量吸收能力高出約 35%，與類似的編織碳混合材料相比，比能吸收能力高出 17%。
玄武岩也有助於工人安全和空氣品質，因為玄武岩纖維生產過程比火山副產品玻璃纖維更環保。這減少了纖維製造過程中排放的溫室氣體。玄武岩也是一種惰性、不可燃的材料，自然存在於地球上，因此它比其他增強纖維更容易回收——這是汽車和其他行業考慮的一個因素。
玄武岩與玻璃之間的選擇
不幸的是，即使有了現代進步，玄武岩纖維產品也比無鹼玻璃等類似的玻璃衍生競爭對手更昂貴。然而，性能方面的優勢（例如玄武岩套管）使增加的成本成為對產品性能的值得投資。
玄武岩纖維相對於無鹼玻璃的優點包括更好的強度、剛性、抗衝擊性、耐腐蝕性、防水性和耐熱性。這些品質使得由玄武岩纖維製成的套管、排氣帶、繩索和其他材料成為熱防護的首選。
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